СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ НИТРАТА СЕРЕБРА И ГИДРОКСИДА НАТРИЯ Российский патент 2005 года по МПК C25B1/00 C25B1/16 

Предлагаемый способ относится к технологии электрохимических производств и может быть применен для получения нитрата серебра и гидроксида натрия в трехкамерном электролизере для создания экологически безопасной технологии получения порошка серебро-оксид кадмия в производстве металлокерамических электрических контактов [1-3].

Из известных наиболее близким является способ получения водного раствора гидроксида натрия и углекислого газа (номер публикации 2002112284, дата публикации 27.01.2002 г., регистрационный номер заявки 2002112284/15 от 06.05.2002 г. Автор Мазанко А.Ф. и др.), согласно которому электролиз водного раствора карбоната натрия ведут в двухкамерном электролизере с катионообменной мембраной и с получением гидроксида натрия в катодной камере и углекислого газа в анодной камере, при этом электролиз ведут при подаче в анодную камеру карбоната натрия и в катодную камеру - воды.

Однако этот способ не позволяет получать в катодной камере раствор гидроксида натрия, а в анодной камере раствор нитрата серебра.

Техническим результатом предлагаемого способа является получение нитрата серебра и гидроксида натрия в трехкамерном электролизере, используемом в технологии получения порошка серебро-оксид кадмия в производстве металлокерамических электрических контактов.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что электролиз водного раствора соли щелочного металла осуществляют в камерном электролизере с катионообменной мембраной с получением гидроксида натрия в катодной камере и при подаче в катодную камеру воды, согласно предлагаемому изобретению электролиз ведут в трехкамерном электролизере с серебряным анодом, с подачей в анодную камеру воды, подкисленной азотной кислотой, в среднюю камеру - раствора нитрата натрия.

При этом рН в анолите поддерживают в пределах 2-2,5.

Кроме того, в качестве разделительной перегородки катодной и средней камер используют катионообменную мембрану МК-40, а в качестве разделительной перегородки средней и анодной камер - анионообменную мембрану МА-40.

При этом в качестве соли щелочного металла используют нитрат натрия, являющийся отходом производства при получения порошка серебро-оксид кадмия в производстве металлокерамических электрических контактов.

Такое сочетание новых признаков с известными позволяет получать одновременно нитрат серебра и гидроксид натрия, создать экологически безопасное производство получения порошка серебро-оксид кадмия за счет использования отхода производства - нитрата натрия, получаемого в виде фильтрата при осаждении гидроксида серебра и гидроксида кадмия, в процессе получения нитрата серебра и гидроксида натрия в трехкамерном электролизере и значительно снижать потребление гидроксида натрия на осаждение гидроксидов серебра и кадмия за счет дополнительного получения его в катодной камере электролизера.

Предлагаемый способ электрохимического получения нитрата серебра и гидроксида натрия в трехкамерном электролизере иллюстрируется чертежом, где показана схема его осуществления: 1 - катодная камера, 2 - катод, 3 - катионитовая мембрана МК-40, 4 - средняя камера, 5 - анионитовая мембрана МА-40, 6 - анодная камера, 7 - анод, 8 - корпус электролизера

Электролизер состоит из трех камер - анодной, катодной и средней. Анодная камера 6 отделена от средней камеры 4 анионитовой мембраной МА-40 5, которая пропускает в анодную камеру из средней камеры под действием тока нитрат ионы и не пропускает из анодной камеры в среднюю камеру катионы серебра.

Катодная камера 1 отделена от средней камеры катионитовой мембраной МК-40, которая пропускает в катодную камеру из средней камеры под действием тока ионы натрия и не пропускает из катодной камеры в среднюю камеру гидроксид ионы.

Способ осуществляется следующим образом. В начале процесса камеры электролизера заливают растворами: средняя камера - концентрированным раствором нитрата натрия, анодная камера - водой, подкисленной азотной кислотой до рН 2-2,5, катодная камера - слабым раствором гидроксида натрия. Затем включается постоянный ток. Электролиз ведут при плотности тока на мембранах 1 А/дм² и электродах 2 А/дм².

На аноде протекает реакция окисления (растворения) серебра

В объеме анолита образующиеся ионы серебра соединяются с нитрат - ионами, образуя нитрат серебра:

На катоде протекает реакция восстановления ионов водорода или молекул воды с выделением водорода:

В объеме католита образующийся избыток гидроксильных ионов, которые соединяются с ионами натрия, поступающих из средней камеры, образуют гидроксид натрия

В процессе электролиза, по достижении требуемой концентрации нитрата серебра в анодной камере, в нижнюю часть анодной камеры непрерывно подают подкисленную воду, а из штуцера в верхней части непрерывно отводят концентрированный раствор нитрата серебра; в нижнюю часть средней камеры непрерывно подают концентрированный раствор нитрата натрия, а из штуцера верхней части средней камеры непрерывно отводят разбавленный раствор нитрата натрия; в нижнюю часть катодный камеры непрерывно подают дистиллированную воду, а из штуцера верхней части катодной камеры непрерывно отводят концентрированный раствор гидроксида натрия.

Таким образом в процессе электролиза в анодной, средней и катодной камерах поддерживают рабочую концентрацию нитрата серебра, нитрата натрия и гидроксида натрия.

Процесс электролиза осуществляется при температуре электролитов 30-40°С.

Выбор температуры 30-40°С обусловлен необходимостью поддерживать оптимальный режим электролиза. Если температура электролита будет выше 40°С, то ионообменные мембраны набухают и выходят из строя. Если температура электролита будет меньше 30°С, то уменьшается диффузия ионов серебра с поверхности анода в объем электролита анодной камеры, серебряный анод покрывается солями нитрата серебра, что приводит к снижению анодной плотности тока и соответственно к снижению скорости растворения серебра.

Пример.

Метод электрохимического получения нитрата серебра и гидроксида натрия осуществляют следующим образом. Перед началом электролиза в анодную камеру заливают раствор нитрата серебра концентрацией 100 г/л и рН 2-2,5, в среднюю камеру - раствор нитрата натрия концентрацией 200-250 г/л, в катодную камеру - раствор гидроксида натрия концентрацией 35 г/л. Температура растворов электролитов 35-40°С.

В анодную камеру завешивают серебряный анод и подключают его к положительному полюсу источника постоянного тока, в катодную камеру - лист из нержавеющей стали и подключают его к отрицательному полюсу источника тока. Температуру растворов электролитов доводят до 35-40°С и в процессе работы ее поддерживают змеевиком. Затем включают источник тока. Устанавливают плотность тока на мембранах 1,0 А/дм², при этом на электродах плотность тока может автоматически устанавливаться в пределах 2,0-3,0 А/дм². После начала электролиза начинают непрерывно подавать из емкостей дозаторов: в нижнюю часть анодной камеры подкисленную воду до рН 2-2,5, в нижнюю часть средней камеры - раствор нитрата натрия концентрацией 200-250 г/л, в нижнюю часть катодной камеры - дистиллированную воду. При этом из верхних частей камер будет самотеком отводиться в специальный сборник: из анодной камеры - раствор нитрата серебра концентрацией 90-100 г/л (по металлу), из катодной камеры - раствор гидроксида натрия концентрацией 30-35 г/л, из средней камеры - раствор нитрата натрия концентрацией 140-190 г/л.

Перед началом электролиза в анодную камеру можно залить дистиллированную воду, подкисленную азотной кислотой до рН 2-2,5. При этом непрерывную подачу подкисленной воды в нижнюю часть анодной камеры будут осуществлять после достижения концентрации нитрата серебра 100 г/л (по металлу).

Процесс электролиза ведут до получения необходимого количества соли нитрата серебра и гидроксида натрия.

Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств.

Источники информации

1. В.А.Бродов, К.В.Чубарь, В.И.Коган, И.П.Мелашко, В.В.Трофимов. Свойства и производства металлокерамических контактов серебро - окись кадмия, серебро - окись меди и серебро - никель с мелкодисперсной структурой // Сб.: Электрические контакты. - М.: Энергия, 1967, c.408-413.

2. Е.В.Макаров, Ю.В.Онуфриенко, Н.Н.Смага, Б.А.Юдин. Новые композиции для контактов с мелкодисперсной структурой // Сб.: Электрические контакты. - М.: Энергия, 1967. - С.414-420.

3. Н.Н.Смага, В.П.Корниенко, Б.А.Юдин. Способ изготовления шихты для металлокерамических контактов. Авт. свид. №150953, Бюл. изобр. №20, 1962.

Изобретение относится к технологии электрохимических производств и может быть применено для получения нитрата серебра и гидроксида натрия в трехкамерном электролизере. Водный раствор нитрата натрия подают в среднюю камеру трехкамерного электролизера. Под действием электрического тока катионы натрия перемещаются через катионообменную мембрану в катодную камеру, где происходит взаимодействие ионов натрия и гидроксильных ионов с образованием гидроксида натрия. Нитрат ионы под действием тока перемещаются через анинообменную мембрану в анодную камеру, где они взаимодействуют с ионами серебра, полученными в результате анодного растворения серебра, с образованием нитрата серебра. Технический эффект - одновременное получение нитрата серебра и гидроксида натрия. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ электрохимического получения нитрата серебра и гидроксида натрия, заключающийся в электролизе водного раствора соли щелочного металла в камерном электролизере катионообменной мембраной с получением гидроксида натрия в катодной камере и при подаче в катодную камеру воды, отличающийся тем, что электролиз ведут в трехкамерном электролизере с серебряным анодом, с подачей в анодную камеру воды, подкисленной азотной кислотой, в среднюю камеру - раствора нитрата натрия.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рН в анолите поддерживают в пределах 2-2,5.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве разделительной перегородки катодной и средней камер используют катионообменную мембрану МК-40, а в качестве разделительной перегородки средней и анодной камер - анионообменную мембрану МА-40.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли щелочного металла используют нитрат натрия, являющийся отходом производства при получении порошка серебро-оксид кадмия в производстве металлокерамических электрических контактов.